硅油微胶囊及其水性防覆冰涂料的制备与性能研究

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近年来,微/纳胶囊的制备和应用是材料领域的研究热点。在涂料领域,微/纳胶囊在自愈合涂层、防腐涂层以及超疏水涂层等方面有着广阔的应用前景。另一方面,硅油具有低表面张力、高绝缘性、低挥发、耐候性好以及无毒等优点,在防水、防冰、防污、防雾、抗粘连等功能性涂料制备方面应用广泛。因此,若将两者结合,制成硅油微/纳胶囊,可以延缓硅油的释放速率,从而延长功能涂料的使用寿命,甚至可赋予其新的应用功能,应用前景诱人。本论文通过采用细乳液技术制备了以二氧化硅为壳层的硅油微胶囊,并将其作为疏水添加剂用于制备水性防覆冰涂料,具体研究内容及主要研究结果如下:(1)采用细乳液技术制备了一种以二氧化硅为壳层的硅油微胶囊乳液。即,首先利用十二烷基磺酸钠和非离子型表面活性剂Ⅹ-100在水中对含有正硅酸乙酯(TEOS)、二甲基硅油和十八烷基三甲氧基硅烷(OTMS)的混合液进行乳化15分钟,再超声20分钟得细乳液,而后将pH值调整为7.5,常温搅拌24小时。获得的硅油微胶囊乳液固含量高达17.6%,并具有优异的储存稳定性。详细考察了pH值、表面活性剂组成及用量、二氧化硅前驱体组成等因素对硅油微胶囊乳液稳定性、粒径及胶囊形态的影响规律。结果表明,在制备微胶囊过程中,超声细乳化后的pH值调节对形成硅油微胶囊和体系稳定性至关重要。所得硅油微胶囊平均粒径约200nm,其粒径随SLS/OP-10比例的增加变化不明显,而随TEOS/OTMS比例的增加而降低,壳层厚度约20nm。将获得的硅油微胶囊乳液加入到水性涂料中,通过自来水冲刷的方法初步证实了其具有较好的缓释特性,可用于持久性疏水涂层的制备。(2)将获得的硅油微胶囊乳液加入到乳胶漆中,制备水性疏水涂料。考察了颜填料的种类和比例、微胶囊的用量、颜基比、助剂等因素对涂料外观状态、涂层表面形貌、疏水特性的影响规律。结果表明,硅油微胶囊可以增加乳胶涂层的疏水性,但硅油微胶囊的用量对涂层疏水性影响不大。涂层的疏水性随着涂料颜基比的增加而增大。含硅油微胶囊涂层的最大水接触角可至130°左右,但尚未能实现超疏水乳胶涂料的制备。(3)以不同硅油微胶囊含量和颜基比的涂层为研究对象,考察了涂层人工加速老化前后疏水性、覆冰附着力的变化规律。结果表明,硅油微胶囊在乳胶漆中具有缓释特性,干膜中硅油含量越高,涂层表面疏水性越持久。颜基比接近于CPVC的涂层的疏水持久性较好。在颜基比5.0、硅油含量4.2%时,涂层的长期覆冰附着力最为理想。在相同表面粗糙度时,表面水接触角越大,覆冰附着力越低;在不同粗糙度时,覆冰附着力主要取决于涂层表面的粗糙度,而非水接触角。
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